كيفية حساب تركيز محلول

تنزيل المقال

تنزيل المقال

المحلول في الكيمياء هو خليط من المذاب والمذيب، بينما التركيز هو مقياس لكمية المذاب التي أذيبت في المذيب. يقاس التركيز بطرق كيميائية ثابتة رغم اختلاف السبب الذي يقاس له، سواء كان قياس تركيز الكلور في حمام السباحة أو تحليل الدم لإنقاذ حياة شخص. سيعلمك هذا الدليل بعض أساسيات كيمياء المحاليل ثم سيعرفك على أحد تطبيقاتها العملية: المحافظة على حوض السمك.

الخطوات

طريقة 1

طريقة 1 من 5:

تعلم أساسيات التركيز

تنزيل المقال

1. 
   1
   تعلم المفردات. التركيز هو نسبة تقارن كمية مادة معينة للخليط ككل، فمثلًا إذا أردت خلط السكر والخل من أجل تجربة ستحتاج أن تحسب تركيز السكر في الخليط، وإليك كيف سيوصف كل مكون في التقرير الكيميائي:

   • السكر هو المذاب وهو المادة التي تتم إذابتها وهو أيضًا ما تقيس تركيزه.
   • الخل هو المذيب وهو المادة التي سيذوب السكر فيها.
   • يتكون بعد خلطهما المحلول، وستحتاج الكمية الكلية للمحلول لتستطيع حساب التركيز وتستطيع الحصول على هذه الكمية بإضافة كمية المذيب لكمية المذاب.
   • قد يصعب تذكر أي المادتين المذيب وأيهما المذاب لكن عليك ذلك. السكر هو الذي يذوب في الخل فهو المذاب بينما الخل هو المذيب.
2. 
   2
   تعلم كيفية كتابة التركيز. توجد طرق مختلفة لكتابة التركيز وذلك لأنه يمكن التعبير عن الكمية بطرق مختلفة، وبعض الطرق الشائعة هي:

   • الجرام لكل لتر جم\ل: وهي ببساطة كتلة المذاب بالجرام في حجم معين من المحلول، وتستخدم هذه الطريقة مع المحاليل المصنوعة من مذاب صلب ومذيب سائل مثل السكر والخل.
   • المولارية (م): وهي عدد مولات المذاب مقسوما على حجم المحلول. يستخدم المول في الكيمياء للتعبير عن عدد الذرات أو الجزيئات في مادة.
   • الجزء من المليون (جمم): وهو عدد الوحدات من المذاب (عادة بالجرام أو المليجرام) في مليون وحدة من المحلول، ويستخدم عادة مع المحاليل المائية المخففة جدًا.
   • التركيب المئوي: وهو عدد أجزاء المذاب (أيضًا بالجرام أو المليجرام) الموجودة في مئة جزء من المحلول. يعني رمز النسبة المئوية (%) "من مئة"، لذلك يمكن بسهولة كتابة التركيز في صورة نسبة مئوية.

طريقة 2

طريقة 2 من 5:

حساب التركيز بالجرام لكل لتر

تنزيل المقال

1. 
   1
   افهم هذه الطريقة. يمكنك استخدام هذه الطريقة لقياس التركيز عندما تذيب شيئًا صلبًا في سائل وعندما تكون كمياتهما سهلة القياس، لكن قد تحتاج لطريقة أخرى إذا كانت كتلة المذيب أقل بكثير من الجرام أو حجم المحلول أقل بكثير من لتر.

   • مثال: احسب تركيز المحلول (بالجرام لكل لتر) الناتج عن إذابة 3 ملل من ملح الطعام في 2000 ملل من الماء. اكتب الإجابة بالجرام لكل لتر.
2. 
   2
   حول وحدة قياس المذاب للجرام. تجاوز هذه الخطوة إن كان المذاب (المادة التي تذوب في الوعاء الكبير) معبرًا عنه بالفعل بالجرام وإلا ستحتاج للتحويل إليه. التحويل للجرام من وحدات قياس الكتلة الأخرى سهل باستخدام معادلات التحويل، ولكن التحويل له من وحدات أخرى كوحدات الحجم (كاللتر) معقد. تملك كل مادة كثافة تحدد مقدار الكتلة في حجم معين، فجد كثافة مادتك واضربها في الحجم المعطى لتحصل على الكتلة بالجرام (بعد التأكد من تناسق الوحدات).

   • سنحتاج في مثالنا لتحويل قياس الملح وهو المذاب ومقاس بوحدة حجم (ملل) للجرام.
   • كثافة ملح الطعام هي 1.15 جم\ملل. ابحث عن الكثافة في مرجع أو قاعدة بيانات كيميائية إن لم تكن مذكورة في المسألة، وتأكد من أنها مكتوبة بالوحدات التي تحتاج للمسألة (جم\ملل) وإلا حولها أولًا.
   • استخدم لإيجاد كتلة الملح في 3 ملل الصيغة 3 ملل × (^{1.15 جرام} / _{1 mL}) = 3.45 جرام.
3. 
   3
   حول وحدة قياس المذيب للتر. يقاس المذيب دائمًا بوحدة حجم لذلك تحويله سهل، وتخطى هذه الخطوة إن كان معطى باللتر.

   • في مثالنا أعلاه سنحتاج لتحويل 2000 ملل من الماء إلى وحدة اللتر.
   • يوجد 1000 ملل في اللتر، لذلك للتحويل للتر استخدم الصيغة (^{1 L} / _{1000 mL}) × 2000 ملل = 2 لتر من الماء.
   • لاحظ أننا رتبنا الصيغة السابقة لتزيل الوحدات (الملل) بعضًا، فكنا سنحصل على نتيجة غريبة إن كتبناها مثلًا ^{1000 mL} / _{1 L} × 2000 ملل
4. 
   4
   اقسم المذاب على المذيب. أصبح لدينا الآن المذاب بالجرام والمذيب باللتر وكل ما نحتاج للحصول على التركيز بالجرام لكل لتر هو أن نقسم:

   • في مثالنا تركيز الملح هو ^{3.45 جرام من الملح} / _{2 لتر من الماء} = 1.725 جم\لتر.
5. 
   5
   عدل المعادلة للكميات الكبيرة من المذيب. المفروض أن نحسب التركيز باستخدام حجم المحلول ككل (المذيب + المذاب)، ولكن يمكننا تجاهل هذا واستخدام حجم المذيب كما فعلنا عند إذابة حجم قليل من المذاب في حجم كبير من المذيب لأن الفرق ليس كبيرًا. سيكون عليك تغيير المعادلة إذا كان حجم المذاب كبيرًا ويشكل فرقًا واضحا إلى: (جم المذاب)\(لتر المذيب + لتر المذاب).

   • سيصبح التركيز في مثالنا بعد التعديل ^{3.45 جرام من الملح} / (_{2 لتر من الماء} + 0.003 لتر ملح) = 1.722 جم\لتر.
   • الفرق بين هذا وبين حسابنا السابق هو 0.003 جم\لتر وهو فرق ضئيل أصغر من أن تستطيع أدوات القياس قياسه.

طريقة 3

طريقة 3 من 5:

حساب التركيز كنسبة مئوية أو كجزء من المليون

تنزيل المقال

1. 
   1
   افهم الطريقة. استخدم هذه الطريقة عندما يُطلب منك إيجاد "التركيب المئوي" أو "النسبة المئوية للوزن". تهتم الكيمياء غالبًا بكتلة المواد، فإذا عرفت كتلة كل من المذيب والمذاب يمكنك إيجاد النسبة المئوية للمذاب بسهولة بمقارنة الاثنين.

   • مثال: أذيب 10 جم من مسحوق الشوكولاتة في 1.2 لتر ماء دافئ، احسب أولًا النسبة المئوية للشوكولاتة في المحلول ثم اكتب النتيجة بالجزء في المليون.
2. 
   2
   حول وحدات القياس لجرام. ستحتاج لتحويل أي وحدات حجم (كاللتر أو الملليلتر) لوحدة كتلة: الجرام. ستحتاج لتقوم بذلك لإيجاد كثافة كل مادة (الكتلة لكل وحدة حجم) وذلك لأن لكل مادة كثافتها المختلفة:

   • ابحث عن كثافة المادة في مرجعك أو على الإنترنت. حول الكثافة لتصير بالجرام على (وحدة الحجم الموجودة بالمسألة) إذا لم تكن كذلك. اضرب كثافة المادة في حجمها لتحصل على الكتلة بالجرام.
   • مثال: لديك 1.2 لتر ماء وكثافة الماء 1000 جم\لتر لذلك لحساب الكتلة استخدم الصيغة (^{1000 g} / _{1 L}) × 1.2 لتر = 1200 جم.
   • لا نحتاج لتحويل المذاب (الشوكولاتة) لأنه بالفعل بالجرام.
3. 
   3
   احسب التركيب المئوي. استخدم هذه الصيغة للحصول على التركيب المئوي بعدما أصبح لديك كتلة المذيب والمذاب بالجرام: (^{جرام مذاب (in g)} / (_{جرام مذاب + جرام مذيب})) × 100.

   • لدينا 10 جم من المذاب و1200 جم من الماء لذلك تصبح كتلة المحلول ككل (مذيب + مذاب) 10 + 1200 = 1210 جم.
   • تركيز الشوكولاتة في المحلول ككل هو ^{(10 جرام شوكولاتة)} / _{(1210 جرام محلول)} = 0.00826
   • اضرب هذا في 100 للحصول على النسبة المئوية: 0.00826 x 100 = 0.826 إذًا نسبة الشوكولاتة في الخليط هي 0.826 %.
4. 
   4
   احسب عدد الأجزاء في المليون. النسبة المئوية هي عدد الأجزاء في المئة، لذا يمكن حساب عدد الأجزاء في المليون بنفس الطريقة. الصيغة هي (^{جرام مذاب (in g)} / (_{جرام مذاب + جرام مذيب})) x 1,000,000 وتكتب بطريقة علمية هكذا (^{جرام مذاب (in g)} / (_{جرام مذاب + جرام مذيب})) x 10⁶.

   • في مثالنا يكون ^{(10 جرام شوكولاتة)} / _{(1210 جرام محلول)} = 0.00826
   • 0.00826 x 10⁶ = 8260 جزء شوكولاتة في المليون.
   • يستخدم عدد الأجزاء في المليون عادة لوصف تركيزات أصغر بكثير يصعب كتابتها بالنسبة المئوية. استخدمنا هنا نفس المثال فقط للتسهيل.

طريقة 4

طريقة 4 من 5:

حساب المولارية

تنزيل المقال

1. 
   1
   اعرف ما تحتاج لهذه الطريقة. تتطلب المولارية معرفة عدد مولات المذاب ويمكن استنتاج ذلك من كتلة المذاب وصيغته الكيميائية. جرب طريقة أخرى إن لم تكن لديك كل هذه المعلومات أو لم تكن تفهم جيدًا مفهوم المول في الكيمياء.

   • "مثال": احسب مولارية محلول صُنع بإذابة 25 جم بوتاسيوم هيدروكسايد في 400 ملل ماء.
   • تحتاج لتحويل المذاب للجرام إذا كان مكتوبًا بأي وحدة أخرى.
2. 
   2
   احسب الكتلة المولارية للمذاب. يمتلك كل عنصر كيميائي كتلة مولارية معروفة وهي الكتلة الموجودة في مول من العنصر وتساوي قيمتها قيمة الكتلة الذرية المكتوبة تحت اسم أو رمز كل عنصر في الجدول الدوري. اجمع الكتل المولارية للعناصر الداخلة في تركيب المذاب للحصول على كتلته المولارية.

   • يحتوي مثالنا على البوتاسيوم هيدروكسايد كمذاب. ابحث على الإنترنت أو في مرجع عن صيغته الكيميائية: KOH.
   • استخدم الجدول الدوري أو مصدر على الإنترنت لمعرفة الكتلة الذرية للعناصر: البوتاسيوم 39 والأكسجين 16 والهيدروجين 1.
   • اجمع الكتل الذرية لبعضها واكتب جنب الناتج جم\مول للحصول على الكتلة المولارية: 1 + 16 + 39 = 56 جم\مول.
   • أضف الكتلة الذرية مرة لكل ذرة إذا احتوي المركب على أكثر من ذرة من نفس العنصر، فمثلا H₂O يحتوي على كتلة مولارية 1 + 1 + 16 = 18 جم\مول.
3. 
   3
   احسب كمية المذاب بالمول. يمكنك التحويل من الجرام للمول بعد معرفة الكتلة المولارية (جم\مول). يمكنك تحويل الكمية بالجرام لمولات باستخدام الصيغة : (كتلة المذاب بالجرام) × (¹ / _{كتلة مولية}) .

   • في مثالنا لدينا 25 جم من مادة بكتلة مولارية 56 جم\مول فيمكن حساب عدد المولات كالتالي: 25 جم × (¹ / _56g/mol) = 0.45 مول من البوتاسيوم هيدروكسايد في المحلول تقريبًا.
4. 
   4
   اقسم على حجم المحلول باللتر للحصول على المولارية. تُعَرف المولارية على أنها عدد مولات المذاب في اللتر من المحلول. حول حجم المحول للتر أولًا ثم قم بالحساب.

   • في مثالنا لدينا 400 ملل من المذيب يمكننا تحويلها ل 0.4 لتر.
   • مولارية هيدروكسيد البوتاسيوم في المحلول هي ^{0.45 mol} / _0.4L =1.125 مولار.(ستحصل على نتيجة أدق قليلًا إن استخدمت آلة حاسبة ولم تقرب أي أرقام حتى الخطوة الأخيرة)
   • يمكنك غالبًا تجاهل حجم المذاب لأنه قليلًا ما يُحدث فرقًا، ولكن سيكون عليك قياس حجم المحلول النهائي واستخدامه بدلًا من حجم المذيب إذا أضفت حجمًا كبيرًا من المذاب أثر بوضوح على الحجم النهائي.

طريقة 5

طريقة 5 من 5:

استخدام المعايرة لحساب التركيز

تنزيل المقال

1. 
   1
   اعرف عندما يمكن استخدام المعايرة. يستخدم الكيميائيون المعايرة لحساب كمية المذاب الموجودة في المحلول. يمكن القيام بالمعايرة بمفاعلة المذاب مع مادة أخرى (ذائبة عادة أيضًا في محلول). يمكنك حساب كمية المذاب إن كنت تعرف كمية المادة الأخرى بالتحديد بالإضافة إلى المعادلة الكيميائية لتفاعلهما. يمكنك حساب كمية المذاب بحساب كمية المادة الأخرى التي تحتاج أن تضيف قبل أن يكتمل التفاعل.

   • لذلك تفيد المعايرة كثيرًا في معرفة تركيز المحلول إذا لم تكن تعرف كمية المذاب المضافة له.
   • لا تحتاج للمعايرة إن كنت تعرف كمية المذاب التي أضيفت. ستحتاج فقط أن تقيس حجم المحلول وتحسب التركيز كما في الجزء الأول.
2. 
   2
   أعد معدات المعايرة. تحتاج المعايرة لتتم بدقة معدات نظيفة ودقيقة ومحترفة. أعد للمعايرة بوضع قارورة مخروطية أو من نوعية بيكر تحت سحاحة مرقمة ومثبته إلى قائم. يجب أن يكون طرف السحاحة عند عنق القارورة ولا يلامس الجوانب.

   • يجب التأكد من غسل المعدات جيدًا بماء مقطر وتركها لتجف.
3. 
   3
   املأ القارورة والسحاحة. قس بدقة كمية صغيرة من المحلول الذي لا تعرف تركيزه. سيكون تركيز هذه العينة الصغيرة نفس تركيز المحلول ككل لأن المذاب يتوزع بتساو على كل أجزاء المحلول عندما يذوب. املأ السحاحة بالمحلول معروف التركيز الذي سيتفاعل مع محلولك. سجل بالتحديد حجم المحلول في السحاحة (ستطرح منه الحجم النهائي لتحصل على الحجم الذي استُخدم في التفاعل).

   • لاحظ: ستحتاج أن تضيف مؤشرًا كيميائيًا إذا لم توجد علامات ظاهرة لتفاعل المادة معروفة التركيز التي في السحاحة مع محلولك الذي في القارورة. المؤشرات الكيميائية هي مواد يتغير لونها عندما يصل التفاعل لحالة الاتزان أو لنهايته. يكثر استخدام المؤشرات الكيميائية في المعايرة التي تتضمن تفاعلات أحماض وقواعد أو أكسدة واختزال، ولكن يوجد كثير من المؤشرات الكيميائية لتفاعلات كثيرة أخرى. استشر مرجعًا أو دليلًا على الإنترنت لتجد المؤشر الكيميائي المناسب لتفاعلك.
4. 
   4
   ابدأ المعايرة. أضف ببطء المحلول من السحاحة (ويُسمى المعايِر) للقارورة. استخدم مُقلب مغناطيسي أو قضيب من الزجاج لمزج المحلولين بينما يتفاعلان. سترى آثار التفاعل – إذا كان له أي آثار – مثل إحداث فقاقيع أو تغير اللون أو تكون النواتج إلخ. قد ترى إن كنت تستخدم مؤشرًا ومضات من لونه كلما سقطت نقطة من السحاحة للقارورة.

   • يمكنك قياس درجة الحامضية أو الجهد في القارورة إذا كان التفاعل يغير أيهما.
   • راقب التغير في الحامضية أو الجهد كما سبق مع إضافة كميات محددة من المعايِر وذلك للحصول على معايرة أكثر دقة ثم ارسم هذا التغير في شكل بياني (بين التغير في المحلول وحجم المعايِر الذي تمت إضافته). سيتغير شكل المنحنى كثيرًا عندما يصل التفاعل للاتزان.
5. 
   5
   أبطئ المعايرة. أبطئ المعايرة لنقطة بعد نقطة عندما يقترب التفاعل من الاتزان. قد تلاحظ إن كنت تستخدم مؤشرًا كيميائيًا أن ومضات اللون السريعة التي يسببها بدأت تستمر لوقت أطول. أكمل ببطء شديد حتى تصل للنقطة الأخيرة بالتحديد التي توصل التفاعل لنهايته (يعني هذا -باستخدام المؤشر- أول مرة يستمر فيها التغير في اللون).

   • سجل الحجم الأخير في السحاحة ثم اطرحه من الحجم الأولي للسحاحة لتحصل على الحجم الذي استخدم.
6. 
   6
   احسب كمية المذاب في المحلول. استخدم المعادلة الكيميائية للتفاعل بين محلولك والمعايِر للحصول على عدد مولات المذاب في القارورة. يمكنك الآن قسمة عدد المولات على حجم المحلول في القارورة للحصول على المولارية أو تحويل المولات لجرام ثم القسمة على حجم المحلول للحصول على التركيز بالجرام\لتر. سيتطلب هذا معرفة بكيمياء العناصر المتفاعلة.

   • لنقل كمثال أننا استخدمنا 25 ملل من هيدروكسيد الصوديوم (NAOH) بمولارية 0.5 لمعايرة محلول من حمض الهيدروكلوريك (HCL) والماء وأن حجم محلول حمض الهيدروكلوريك هو 60 ملل قبل المعايرة، فكم عدد مولات حمض الهيدروكلوريك في المحلول؟
   • لننظر في البداية للمعادلة الكيمبائية لتفاعل حمض الهدروكلوريك مع كلوريد الصوديوم: NaOH + HCl > H₂O + NaCl
   • يتفاعل هنا جزيء واحد من حمض الهيدروكلوريك مع جزيء من كلوريد الصوديوم لإنتاج ملح كلوريد الصوديوم (NaCl) وماء، لذلك (وبما أنك أضفت عددًا من مولات هيدروكسيد الصوديوم عادل تمامًا كل حمض الهيدروكلوريك) فإن عدد مولات حمض الهيدروكلوريك في القارورة يساوي عدد مولات هيدروكسيد الصوديوم المضافة.
   • لنجد إذًا كمية هيدروكسيد الصوديوم بالمول. 0.25 ملل من هيدروكسيد الصوديوم = 0.025 لتر × 0.5 مول\اللتر = .0125 مول من هيدروكسيد الصوديوم.
   • لذا عدد مولات حمض الهيدروكلوريك أيضًا = .0125 مول لأننا استنتجنا من قبل أنه مساو لعدد مولات هيدروكسيد الصوديوم.
7. 
   7
   احسب تركيز المحلول. يمكن بسهولة الآن إيجاد التركيز في صورة المولارية بعد معرفة كمية المذاب في المحلول، فقط اقسم عدد مولات المذاب على حجم عينة المحلول (وليس الحجم الكلي للمحلول الذي أخذت العينة منه) وستكون النتيجة هي مولارية المحلول.

   • اقسم عدد مولات حمض الهيدروكلوريك على حجم المحلول في القارورة لإيجاد المولارية في مثالنا. 0.0125 مول × (1\0.060 لتر) =0.208 مولار من حمض الهيدروكلوريك.
   • ستحتاج لتحويل المولات لكتلة (باستخدام الكتلة المولارية للمذاب) إذا أردت حساب التركيز بال (جم\لتر) أو (جزء من المليون) أو (بالنسبة المئوية)، وستحتاج للتحويل إلى جزء في المليون أو للنسبة المئوية أن تحول حجم المحلول لكتلة (عن طريق الكثافة أو عن طريق وزن المحلول) ثم ضرب الناتج في 10⁶ or 10² بالترتيب.

أفكار مفيدة

• قد يختلف المذاب عن المذيب في الحالة (صلب أو غاز أو سائل) عندما يكونان منفصلين ولكنهما يصبحان من حالة واحدة بعد ذوبان المذاب في المذيب لتكوين المحلول.
• استخدم أدوات بلاستيكية شفافة للمعايرة.

تحذيرات

• ارتد نظارات وقائية وقفازات أثناء المعايرة.
• كن حذرًا عند التعامل مع أي حمض قوي واعمل تحت غطاء محرك الأبخرة أو في الهواء الطلق.